3.5边测量法
假设3个参考点的坐标分别为信标节点ai(xi,yi), aj(xj,yj), ak(xk,yk),待确定位置的节点坐标为o( x , y),该节点到各个参考节点的距离分别是di, dj, dk,根据二维空间距离计算公式, 可以获得一个非线性方程组,如式(1):
采用线性化方法来求解, 可以得到待定位置节点的坐标公式,如式(2):
2.3 质心及其计算公式
质心是指多边形的几何中心,是多边形顶点坐标的平均值。由a1(x1,y1),a2(x2,y2),…,ak(xk,yk)这k个点组成的多边形的质心o(x,y)计算公式,如式(3):
2.4 定位算法过程
1) 信标节点周期性发送自身信息: 节点ID、自身位置信息;
2) 普通节点在收到信息后, 只记录同一个信标节点的RSSI均值;
3) 普通节点在收到超过阈值n个信标信息后, 对信标节点依其RSSI值从大到小排序, 并建立RSSI值与节点到信标节点距离的映射,建立3个集合。
信标节点集合:Beacon_set{a1,a2,…,an};
未知节点到信标节点距离集合:
Distance_set={d1,d2,…,dn},d1
信标节点位置集合:Position_set{(x1,y1,),(x2,y2),…,(xn,yn)}
4) 采用RSSI值大的前几个信标节点进行自身定位计算:
节点到信号源的距离越近,由RSSI值的偏差产生的绝对距离误差越小。信标节点对未知节点位置都有影响力,RSSI越大的信标节点影响力越大,对节点位置有更大的决定权[5]。所以在Beacon_set中优先选择RSSI值大的信标节点组合成三角形集合, 这是提高定位精度的关键。起三角形集合为:
Triangle_set={(a1,a2,a3), (a1,a2,a4),…, (a1,a3,a4),…}
对Triangle_set中任一个三角形(ai,aj,ak) , 采用三边测量法的计算方法,先用式(2)求出由信标节点(ai,aj,ak)确定的未知节点(ai',aj',ak'),再用式(3)对(ai',aj',ak')进行质心运算,得到oi(xi,yi);对Triangle_set 中的每个三角形重复上述计算,可以得到未知节点近似位置坐标集{o1,o2,…,om};
对近似位置坐标集{o1,o2,…,om}再次求质心o(x,y),并将结果与鱼雷罐车须停车的指定位置想比较,如果在允许的误差范围内,则发出停车命令。否则,继续执行上述定位算法过程。
2.5 仿真实验及分析
利用NS2工具,结合C 编程,对质心算法进行了仿真,并对三角测量与质心相结合的算法进行了仿真。传感器区域为100m*100m,信标节点位于受铁线附近,未知节点(鱼雷罐车位于受铁线上)。
由图1可知,当信标节点的数目为22时,三角测量与质心算法相结合的效果最明显,根据实际情况,可大大减少平均误差。
3 功能设计及原理
3.1 MSP430单片机
MSP430单片机
冗余定位的设计
为保证鱼雷罐车进入炼铁厂出铁场摆动溜槽下部的受铁位置的准确性和可靠性,需要设置冗余定位系统。在鱼雷罐车的车头、车中、车尾位置安装3个读取距离为100mm的RFID标识,并将主参考节点安装在停车位置;当鱼雷罐车经过主参考节点的阅读器时,随鱼雷罐车的运行方向,阅读器也将依次读取到鱼雷罐车上的这个标识,实现了鱼雷罐车的精确定位,同时也为前述的定位系统提供距离计算、校正的依据。
4 结束语
基于RSSI的定位技术是无线传感网络中的关键技术之一,将RSSI测量方法与三角形质心算法相结合可有效的减小RSSI的测量误差。综合利用无线传感技术与RFID技术,实现鱼雷罐车的罐号识别和冗余定位,可以有效地解决现场需要处理的问题,也是一种应用新技术的有益尝试;作为一种在现场运行的解决方案,我们还有大量工作要做。
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